KR102596122B1 - 유연 면상 발열체 및 그 제조방법 - Google Patents
유연 면상 발열체 및 그 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102596122B1 KR102596122B1 KR1020210104359A KR20210104359A KR102596122B1 KR 102596122 B1 KR102596122 B1 KR 102596122B1 KR 1020210104359 A KR1020210104359 A KR 1020210104359A KR 20210104359 A KR20210104359 A KR 20210104359A KR 102596122 B1 KR102596122 B1 KR 102596122B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- heating element
- planar heating
- flexible planar
- clause
- nanocarbon
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 49
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 134
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 103
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 91
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 90
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 87
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims abstract description 66
- BBEAQIROQSPTKN-UHFFFAOYSA-N antipyrene Natural products C1=CC=C2C=CC3=CC=CC4=CC=C1C2=C43 BBEAQIROQSPTKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 59
- GVEPBJHOBDJJJI-UHFFFAOYSA-N fluoranthrene Natural products C1=CC(C2=CC=CC=C22)=C3C2=CC=CC3=C1 GVEPBJHOBDJJJI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 59
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 53
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 9
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 48
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 24
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 23
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 23
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 claims description 21
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 21
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 18
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 17
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M Methacrylate Chemical compound CC(=C)C([O-])=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 16
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 16
- 229920002246 poly[2-(dimethylamino)ethyl methacrylate] polymer Polymers 0.000 claims description 16
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 15
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 15
- JKNCOURZONDCGV-UHFFFAOYSA-N 2-(dimethylamino)ethyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CN(C)CCOC(=O)C(C)=C JKNCOURZONDCGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N imidazole Natural products C1=CNC=N1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 11
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 10
- 125000005581 pyrene group Chemical group 0.000 claims description 10
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 claims description 7
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 claims description 7
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 6
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims description 6
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 claims description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 6
- LCFVJGUPQDGYKZ-UHFFFAOYSA-N Bisphenol A diglycidyl ether Chemical compound C=1C=C(OCC2OC2)C=CC=1C(C)(C)C(C=C1)=CC=C1OCC1CO1 LCFVJGUPQDGYKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000012986 chain transfer agent Substances 0.000 claims description 5
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 claims description 5
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 claims description 5
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 claims description 5
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 5
- FALRKNHUBBKYCC-UHFFFAOYSA-N 2-(chloromethyl)pyridine-3-carbonitrile Chemical compound ClCC1=NC=CC=C1C#N FALRKNHUBBKYCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229930185605 Bisphenol Natural products 0.000 claims description 4
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 4
- VANNPISTIUFMLH-UHFFFAOYSA-N glutaric anhydride Chemical compound O=C1CCCC(=O)O1 VANNPISTIUFMLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 4
- 229940014800 succinic anhydride Drugs 0.000 claims description 4
- YZYKBQUWMPUVEN-UHFFFAOYSA-N zafuleptine Chemical group OC(=O)CCCCCC(C(C)C)NCC1=CC=C(F)C=C1 YZYKBQUWMPUVEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- UGMXRPVWWWDPFC-UHFFFAOYSA-N 1-(bromomethyl)pyrene Chemical compound C1=C2C(CBr)=CC=C(C=C3)C2=C2C3=CC=CC2=C1 UGMXRPVWWWDPFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GYZLOYUZLJXAJU-UHFFFAOYSA-N diglycidyl ether Chemical group C1OC1COCC1CO1 GYZLOYUZLJXAJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- LRDFRRGEGBBSRN-UHFFFAOYSA-N isobutyronitrile Chemical compound CC(C)C#N LRDFRRGEGBBSRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QYZFTMMPKCOTAN-UHFFFAOYSA-N n-[2-(2-hydroxyethylamino)ethyl]-2-[[1-[2-(2-hydroxyethylamino)ethylamino]-2-methyl-1-oxopropan-2-yl]diazenyl]-2-methylpropanamide Chemical compound OCCNCCNC(=O)C(C)(C)N=NC(C)(C)C(=O)NCCNCCO QYZFTMMPKCOTAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims 4
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 claims 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 abstract description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 description 17
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 10
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 6
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 6
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- NLTSCOZQKALPGZ-UHFFFAOYSA-N acetic acid;dihydrate Chemical compound O.O.CC(O)=O NLTSCOZQKALPGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 1
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000011417 postcuring Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000010526 radical polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000012712 reversible addition−fragmentation chain-transfer polymerization Methods 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000004260 weight control Methods 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
- H05B3/34—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
- H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
- H05B3/145—Carbon only, e.g. carbon black, graphite
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
- H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B2214/00—Aspects relating to resistive heating, induction heating and heating using microwaves, covered by groups H05B3/00, H05B6/00
- H05B2214/04—Heating means manufactured by using nanotechnology
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
본 발명은 유연 면상 발열체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 고분자, 나노카본 필러, 경화제, 촉매를 포함하는 나노카본 복합재료로 이루어지며; 상기 고분자는 열경화성 수지인 에폭시이고, 상기 나노카본 필러는 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)를 포함하며, 필름 형태로 이루어지되, 상기 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP) 중 적어도 어느 하나 이상은 파이렌 공중합체에 의해 표면 개질 처리되는 구성을 갖는 유연 면상 발열체 및 그 제조방법을 제안한다.
본 발명에 따르면, CNT와 GNP 표면에 파이렌 공중합체가 비공유 결합되어 표면 개질되므로 입자 상호간의 응집을 억제 및 이들의 분산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제2의 전도성 입자와도 효과적으로 혼용될 수 있으며, 저전압에서 고온 발열 특성이 우수함은 물론 급속 고출력 발열 및 우수한 고온 안정성도 확보하여 우수한 내구성을 구현할 수 있는 유연 면상 발열체를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, CNT와 GNP 표면에 파이렌 공중합체가 비공유 결합되어 표면 개질되므로 입자 상호간의 응집을 억제 및 이들의 분산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제2의 전도성 입자와도 효과적으로 혼용될 수 있으며, 저전압에서 고온 발열 특성이 우수함은 물론 급속 고출력 발열 및 우수한 고온 안정성도 확보하여 우수한 내구성을 구현할 수 있는 유연 면상 발열체를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 유연 면상 발열체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비트리머 에폭시를 적용하여 유연성을 부여한 유연 면상 발열체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 배터리용 히터로서 적용될 수 있는 발열 소재는 저전압 구동, 고온 발열 특성, 급속 고출력 발열 성능, 유연성 등을 확보해야 하는데, 기존의 발열 소재로는 상술한 특성들을 달성하기가 매우 어렵다.
또한, 250℃의 고온에서 작동해야 하기 때문에 고온 안정성도 필요할 뿐만 아니라, 85℃/85RH%의 가혹 조건에서도 내구성을 담보하여야 한다.
이를 위해서는 에폭시와 같은 가교 구조의 열경화성 수지에 나노 카본이나 금속과 같은 발열 소재를 충전하는 것이 적절하다 할 수 있고 연구개발이 수행되고 있지만, 에폭시 수지는 재료적 특성상 매우 취성이 강하고 요철 부위와 같은 부분에 적용하기 어려운 단점을 가지고 있다.
이에 따라, 배터리용 히터로서 적용하기 위한 발열 소재 및 이를 면상 발열체에 접목하기 위해서는 유연성이 좋고 고내열성이 있는 고분자 소재를 선택하고, 나노 카본 충전재를 효과적으로 분산하여 면 전체에 일정하게 발열시켜야 하는 기술이 필요하다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 비트리머(vitrimer) 에폭시를 적용하여 유연성을 부여한 유연 면상 발열체 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 우수한 분산성을 확보하기 위해 표면 개질 처리된 탄소나노튜브(Carbon nano tube, 이하 'CNT'라 한다.)와 그래핀 나노플레이트렛(Graphene nano platelet, 이하 'GNP'라 한다.)로 입자 상호간의 응집을 억제하여 저전압에서 고온 발열 특성이 우수함은 물론 급속 고출력 발열 및 우수한 고온 안정성도 확보하여 우수한 내구성을 구현할 수 있도록 한 유연 면상 발열체 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 CNT와 GNP가 고르게 분산되어 있고 접착력이 강하며, 취성이 강한 통상의 에폭시 수지가 아닌 유연한 에폭시 수지를 가지며, CNT와 GNP의 표면 개질을 활용함으로써 CNT와 GNP의 혼성 나노카본의 분산을 극대화하고 높은 전기전도도를 통해 면상 발열 특성을 발휘할 수 있도록 한 유연 면상 발열체 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 배터리용 히터로서 적합한 특성을 발휘하는 유연 면상 발열체 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유연 면상 발열체는, 고분자, 나노카본 필러, 경화제, 촉매를 포함하는 나노카본 복합재료로 이루어지며; 상기 고분자는 열경화성 수지인 에폭시이고, 상기 나노카본 필러는 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 유연 면상 발열체는 필름 형태로 이루어질 수 있다.
여기에서, 상기 유연 면상 발열체는 배터리용 히터로 사용될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유연 면상 발열체 제조방법은, (A) 파이렌 작용기를 갖는 파이렌 공중합체를 합성하는 단계; (B) 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)을 구비하되, 이들 중 적어도 어느 하나 또는 둘 다에 상기 파이렌 공중합체를 혼합하여 표면 개질 처리하는 단계; (C) 적어도 어느 하나 또는 둘 다에 표면 개질 처리된 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)에 유기용매를 혼합하여 나노카본 필러를 제조하는 단계; (D) 나노카본 필러에 열경화성 수지와 경화제 및 촉매를 혼합하여 나노카본 복합재료를 제조하는 단계; (E) 나노카본 복합재료를 지지체 상에 코팅하여 필름 형태의 면상발열체를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, (F) 필름 형태의 면상발열체 양단에 전극을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이하에서 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유연 면상 발열체 및 그 제조방법에 대하여 더욱 다양한 실시예들을 기재함과 더불어 이를 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에 따르면, 비트리머 에폭시를 적용하여 뛰어난 유연성을 확보한 유연 면상 발열체를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, CNT와 GNP 표면에 파이렌 공중합체가 비공유 결합되어 표면 개질되므로 입자 상호간의 응집을 억제 및 이들의 분산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제2의 전도성 입자와도 효과적으로 혼용될 수 있으며, 저전압에서 고온 발열 특성이 우수함은 물론 급속 고출력 발열 및 우수한 고온 안정성도 확보하여 우수한 내구성을 구현할 수 있는 유연 면상 발열체를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, CNT와 GNP가 고르게 분산되어 있고 접착력이 강하며, 취성이 강한 통상의 에폭시 수지가 아닌 유연한 에폭시 수지를 접목하므로 나노 카본 함량이 다량으로 포함되어도 뛰어난 유연성을 확보할 수 있는 유연 면상 발열체를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 면상 전체에 걸쳐 일정한 발열을 구현할 수 있으며, 배터리용 히터로서 유효한 기능 및 특성을 발휘하는 유연 면상 발열체를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 있어 표면개질제로 사용되는 파이렌 공중합체를 나타낸 화학 구조식이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유연 면상 발열체를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유연 면상 발열체 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 유연 면상 발열체에 있어 CNT와 GNP의 함량에 따른 인장강도(tensile strength)를 나타낸 특성 평가 데이터이다.
도 5는 본 발명에 따른 유연 면상 발열체에 있어 CNT와 GNP의 함량에 따른 응력 변형율(stress-strain)을 나타낸 특성 평가 데이터이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 유연 면상 발열체에 있어 전압에 따른 시간-발열온도를 나타낸 특성 평가 데이터이다,
도 9는 본 발명에 따른 유연 면상 발열체에 있어 전기전도도 측정값을 나타낸 특성 평가 데이터이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유연 면상 발열체를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유연 면상 발열체 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 유연 면상 발열체에 있어 CNT와 GNP의 함량에 따른 인장강도(tensile strength)를 나타낸 특성 평가 데이터이다.
도 5는 본 발명에 따른 유연 면상 발열체에 있어 CNT와 GNP의 함량에 따른 응력 변형율(stress-strain)을 나타낸 특성 평가 데이터이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 유연 면상 발열체에 있어 전압에 따른 시간-발열온도를 나타낸 특성 평가 데이터이다,
도 9는 본 발명에 따른 유연 면상 발열체에 있어 전기전도도 측정값을 나타낸 특성 평가 데이터이다.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 유연 면상 발열체는 고분자, 나노카본 필러, 경화제, 촉매로 이루어지는 나노카본 복합재료를 포함하는 구성으로 이루어진다.
이에 더하여, 사용되는 재료들의 효과적인 분산 처리 등을 위해 유기용매를 포함할 수 있다.
상기 유연 면상 발열체는 도 2에 나타낸 바와 같이, 지지체 상에 코팅되어 형성되는 구성일 수 있다.
상기 유연 면상 발열체는 상기와 같이 코팅에 의해 필름 형태로 이루어지며, 상기 지지체는 제거될 수 있다.
상기 지지체는 폴리이미드(PI) 또는 테프론 소재로 된 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 지지체는 코팅에 의해 필름 형태로 이루어지는 유연 면상 발열체와의 분리에 따른 용이성과 더불어 내열성이 우수한 폴리이미드 필름을 적용함이 더욱 바람직하다 할 수 있다.
상기 유연 면상 발열체에는 양단에 전극이 형성될 수 있다. 상기 전극은 유연 면상 발열체에 전압을 걸어주기 위해 형성되는 것으로서 (+) 전극과 (-) 전극으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 전극은 은(Ag) 나노와이어나 은(Ag) 페이스트, ITO(산화인듐주석), ZnO(산화아연), SnO2(산화주석)과 같은 산화물 전극, 탄소나노튜브, 그래핀과 같은 비산화물 전극 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으며, 특별히 이에 한정되지 않고 도전성을 갖는 기타 다양한 전극재료가 적용될 수 있다 할 것이다.
상기 고분자는 열경화성 수지인 에폭시를 사용한다.
이때, 상기 에폭시는 bisphenol type epoxy가 바람직하고, 상세하게는 diglycidylether of bisphenol A(DGEBA) epoxy를 활용함이 더욱 바람직하다.
상기 경화제는 fatty acid, succinic anhydride, glutaric anhydride, 카르복실산계 경화물 중에서 선택된 1종일 수 있다.
상기 촉매는 zinc acetate dihydrate 또는 이미다졸계 아민을 사용한다.
여기에서, 상기 경화제와 촉매는 유연성을 부여하기 위해 사용된다.
상기 유기용매는 전도성 입자인 나노카본 등을 분산시키기 위해 사용하는 것으로서, 클로로포름, 아세톤, 톨루엔, 메틸피롤리돈(NMP), 이소프로필알콜(IPA), 테트라하이드로퓨란(THF), 디메틸포름아마이드(DMF) 중에서 적어도 하나 이상이 선택 사용될 수 있다.
상기 나노카본 필러는 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀(GNP)을 사용할 수 있는데, 상세하게는 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)을 배합하여 사용함이 더욱 바람직하다 할 수 있다.
이때, 상기 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)에 대해서는 7~9 : 1~3의 중량비로 배합하여 사용함이 바람직하다.
더욱 상세하게, 상기 다중벽 탄소나노튜브(CNT)는 길이가 100 내지 200㎛이고 직경이 6 내지 15㎚인 것을 적용하고, 상기 그래핀 나노플레이트렛(GNP)은 직경이 20 내지 30㎛이고 표면적이 30 내지 60m2/g인 것을 적용함이 바람직하다.
여기에서, 상기 에폭시와 경화제는 1 : 0.5~1.5의 당량비로 배합하고, 상기 촉매는 에폭시 100중량부에 대하여 1 내지 3중량부를 배합함이 바람직하다.
또한, 상기 나노카본 필러는 나노카본 복합재료 총 100중량% 중에서 8~15중량%을 차지하도록 배합함이 바람직하다.
본 발명에서는 이와 같은 성분 및 배합 등을 통해 혼합 바인더의 내열성을 높임으로써, 200℃ 이상의 고온으로 발열시키는 경우에도 물질의 저항 변화나 도막의 파손이 없는 장점을 제공할 수 있다.
여기에서, 상기 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)은 적어도 어느 하나 또는 둘 다에 파이렌 공중합체로 이루어진 표면개질제로 표면 개질 처리함이 바람직하다.
상기 파이렌 공중합체로 이루어진 표면개질제는 도 1에 나타낸 바와 같이, 아래 화학식 1의 구조로 이루어질 수 있다.
(화학식 1)
여기에서, 상기 파이렌 공중합체에 있어서는 블록공중합체로서 A그룹과 B그룹 및 C그룹이 상호간에 결합되어 있고, 파이렌이 B그룹 상에 결합되어 네트워크를 형성하는 구성을 갖는다.
이때, 상기 파이렌 공중합체에 있어서는 (x+y) : z = 7~9 : 1~3의 비율로 합성함이 바람직하며, x는 y보다 작거나 같은 조성일 수 있다.
여기에서, 상기 화학식 1의 구조를 갖는 파이렌 공중합체는 10,000~40,000g/mol의 분자량을 갖도록 함이 바람직하다.
여기에서, 표면 개질 처리에 있어서는 상기 파이렌 공중합체와 다중벽 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀 나노플레이트렛(GNP)에 대해 1~3 : 1의 중량비로 접목하여 표면 개질 처리함이 바람직하다.
여기에서, 배합비율이 1 : 1 미만일 때는 표면 개질 효과가 낮아서 분산성이 결여되므로 특성 및 성능이 떨어지며, 3 : 1을 초과할 경우에는 파이렌 공중합체가 오히려 불순물로 작용하여 기계적 특성 등 성능을 낮출 수 있다.
이와 같이, 상기 파이렌 공중합체를 사용한 표면 개질을 활용함으로써 CNT와 GNP가 배합된 나노카본 필러의 분산을 극대화하면서 높은 전기전도도를 유도할 수 있으며, 이를 통해 면상 발열 특성을 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 나노카본 복합재료를 포함하는 구성을 갖는 본 발명에 따른 유연 면상 발열체는 일 예로서, 저전압에서 고온 발열 특성이 우수함은 물론 급속 고출력 발열 및 우수한 고온 안정성도 확보하여 우수한 내구성을 구현할 수 있으므로 배터리용 히터로 사용될 수 있다.
한편, 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 유연 면상 발열체 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 유연 면상 발열체 제조방법은 도 3에 나타낸 바와 같이, 파이렌 공중합체 합성단계(S100), CNT/GMP 표면 개질단계(S200), 나노카본 필러 제조단계(S300), 나노카본 복합재료 제조단계(S400), 코팅단계(S500), 전극 형성단계(S600)를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 코팅단계(S500)에 있어 기재로 사용되는 지지체를 제거하는 지지체 제거단계(S700)를 포함할 수 있다.
상기 파이렌 공중합체 합성단계(S100)는 파이렌 작용기를 갖는 파이렌 공중합체를 합성하는 단계이다.
상기 파이렌 공중합체 합성단계(S100)는 크게 폴리메틸메타아크릴레이트와 폴리다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트 블록공중합체(PMMA-b-PDMAEMA)를 합성하는 단계, 및 파이렌 기능기가 도입된 폴리메틸메타아크릴레이트와 폴리다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트 블록공중합체(PMMA-b-PDMAEMA)로 합성하는 단계로 실시할 수 있다.
상세하게, 상기 폴리메틸메타아크릴레이트와 폴리다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트 블록공중합체(PMMA-b-PDMAEMA)를 합성하는 단계는 이하에서 제시하는 공정을 순차적으로 진행할 수 있다.
(1) 플라스크에 Chain transfer agent(CTA)와 2,2’-azobis(2-methyl-propionitrile(AINB)을 넣은 후 표면의 수분 및 이물질을 제거하기 위해 진공 하에 교반시킨 후, 유기용매를 첨가하고 250 내지 350rpm으로 다시 교반하여 완전히 녹인다.
(2) 아르곤(Ar) 가스를 흘려주면서 다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트(DMAEMA)를 첨가하여 교반한 후, 70 내지 90℃의 오일 베스에 넣고 12 내지 15시간 동안 반응을 진행한다.
(3) 아르곤(Ar) 가스를 흘려주면서 메틸메타아크릴레이트(MMA)를 추가한 후 2 내지 3일 동안 반응을 추가로 진행한다.
(4) 반응이 끝나면 아이스 베스에 넣어 반응을 정지시키고, 반응물을 유기용매에 묽힌 후 n-헥산(n-hexane)에 침전시켜 침전물을 얻는다.
여기에서, 상기 침전물을 얻은 후, 침전물 내에서 반응에 참여하지 않은 모노머 및 불순물을 제거하기 위하여 침전물을 다시 유기용매에 묽힌 후 n-헥산(n-hexane)에 침전시켜 다시 침전물을 얻는 과정을 더 진행할 수 있으며, 이를 3회 반복할 수 있다.
(5) 침전물을 상온에서 1~3일 동안 진공 건조를 실시한다.
이와 같은 공정을 순차적으로 수행함으로써 폴리메틸메타아크릴레이트와 폴리다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트 블록공중합체(PMMA-b-PDMAEMA)를 합성하는 단계에서는 상기 다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트(DMAEMA)와 상기 메틸메타아크릴레이트(MMA)의 첨가량을 조절함으로써 합성되는 폴리메틸메타아크릴레이트와 폴리다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트 블록공중합체(PMMA-b-PDMAEMA)의 분자량을 조절할 수 있다.
또한, 상기 파이렌 기능기가 도입된 폴리메틸메타아크릴레이트와 폴리다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트 블록공중합체(PMMA-b-PDMAEMA)로 합성하는 단계는 이하에서 제시하는 공정을 순차적으로 진행할 수 있다.
(1) 플라스크에 폴리메틸메타아크릴레이트와 폴리다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트 블록공중합체(PMMA-b-PDMAEMA)를 넣고 디메틸포름아마이드(DMF) 용매를 첨가한 후 교반하여 완전히 녹인다.
(2) 1-(bromomethyl)pyrene을 추가한 후, 상온에서 20~30시간 동안 반응을 진행하여 반응물을 얻는다.
(3) 반응물로부터 디메틸포름아마이드(DMF) 용매를 제거하고, 유기용매를 첨가하여 녹인 후 헥산에 넣어 침전물을 얻는다.
(4) 침전물에 대해 상온에서 1~3일 동안 진공 건조를 실시한다.
즉, 상술한 공정을 통해 표면개질제로 사용하기 위한 파이렌 공중합체를 합성할 수 있으며, 상기 파이렌 공중합체는 10,000~40,000g/mol 범위의 분자량을 갖도록 합성할 수 있다.
부연하여, 상기 파이렌 공중합체는 도 1에 나타낸 바와 같은 화학식 구조를 갖도록 합성할 수 있다.
여기에서, 상기 파이렌 공중합체에 있어서는 도 1에서 보여주는 바와 같이, 블록공중합체로서 A그룹과 B그룹 및 C그룹이 상호간에 결합되어 있고, 파이렌이 B그룹 상에 결합되어 네트워크를 형성하는 구성을 갖는다.
이때, 상기 파이렌 공중합체에 있어서는 (x+y) : z = 7~9 : 1~3의 비율로 합성함이 바람직하며, x는 y보다 작거나 같은 조성일 수 있다.
상기 CNT/GMP 표면 개질단계(S200)는 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)을 구비하되, 이들 중 적어도 어느 하나 또는 둘 다에 상기 파이렌 공중합체를 혼합하여 표면 개질 처리하는 단계이다.
상세하게, 상기 CNT/GMP 표면 개질단계(S200)는 이하에서 제시하는 공정을 순차적으로 진행할 수 있다.
(a) 바이알에 다중벽 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀 나노플레이트렛(GNP)과 유기용매를 넣고 혼합하여 분산액을 만든 후, 10~30분 동안 1차 초음파 처리한다.
상기 다중벽 탄소나노튜브(CNT)는 길이가 100 내지 200㎛이고 직경이 6 내지 15㎚인 것을 사용할 수 있고, 상기 그래핀 나노플레이트렛(GNP)은 직경이 20 내지 30㎛이고 표면적이 30 내지 60m2/g인 것을 사용할 수 있다.
(b) 파이렌 공중합체를 유기용매에 녹인 후, 1차 초음파 처리된 다중벽 탄소나노튜브(CNT) 분산액 또는 그래핀 나노플레이트렛(GNP) 분산액과 혼합하고 10~30분 동안 2차 초음파 처리한다.
(c) 파이렌 공중합체가 혼합된 다중벽 탄소나노튜브(CNT) 혼합물 또는 그래핀 나노플레이트렛(GNP) 혼합물에 대해 20~30시간 동안 250 내지 350rpm으로 교반한다.
(d) 필터를 통해 반응하지 않은 파이렌 공중합체를 제거함으로써 파이렌 공중합체가 코팅되어 표면 개질된 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)을 얻는다.
이때, 상기 (d)의 공정은 3회에 걸쳐 반복 진행할 수 있다.
상기 필터로는 마이크로 테프론 필터 등을 사용할 수 있다.
상기 나노카본 필러 제조단계(S300)는 상술한 CNT/GMP 표면 개질단계(S200)를 통해 얻어진 적어도 어느 하나 또는 둘 다에 표면 개질 처리된 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)에 유기용매를 혼합하여 나노카본 필러를 제조하는 단계이다.
상세하게, 상기 나노카본 필러 제조단계(S300)는 이하에서 제시하는 공정을 순차적으로 진행할 수 있다.
(a) 적어도 어느 하나 또는 둘 다에 표면 개질 처리된 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)을 계량하여 구비한다.
상기 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)는 7~9 : 1~3의 중량비로 계량함이 바람직하다.
(b) 계량된 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)을 유기용매와 혼합한 후, 10~30분 동안 초음파 처리하여 분산액을 만든다.
상기 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)에 있어서는 적어도 어느 하나 또는 둘 다에 표면 개질 처리가 이루어진 것일 수 있다.
(c) 분산액을 20~30시간 동안 250 내지 350rpm으로 교반 처리한다.
(d) 필터를 통해 여과하여 나노카본 필러를 얻는다.
상기 필터로는 마이크로 테프론 필터 등을 사용할 수 있다.
(e) 이렇게 얻어진 나노카본 필러에 대해 상온에서 1~3일 동안 진공 건조를 실시한다.
상기 나노카본 복합재료 제조단계(S400)는 상술한 나노카본 필러 제조단계(S300)를 통해 제조된 나노카본 필러에 열경화성 수지와 경화제 및 촉매를 혼합하여 나노카본 복합재료를 제조하는 단계이다.
상세하게, 상기 나노카본 복합재료 제조단계(S400)는 이하에서 제시하는 공정을 순차적으로 진행할 수 있다.
(a) 나노카본 필러를 유기용매와 혼합하되, 아이스 베스에서 30~60분 동안 초음파 처리하여 나노카본 필러 분산액을 만든다.
(b) 촉매를 경화제에 첨가한 후, 120~180℃의 온도에서 4~8시간 동안 가열하여 촉매를 녹인다.
상기 경화제는 fatty acid, succinic anhydride, glutaric anhydride, 카르복실산계 경화물 중에서 선택된 1종일 수 있다.
상기 촉매로는 zinc acetate dihydrate 또는 이미다졸계 아민을 사용할 수 있다.
(c) 촉매를 갖는 경화제와 열경화성 수지인 에폭시를 유기용매에 용해한다.
상기 에폭시는 bisphenol type epoxy가 바람직한데, 상세하게는 dylpether of bisphenol A(DGEBA) epoxy를 사용할 수 있다.
상기 에폭시와 경화제는 1 : 0.5~1.5의 당량비로 배합함이 바람직하며, 상기 촉매는 에폭시 100중량부에 대하여 1 내지 3중량부로 배합되는 조성일 수 있다.
(d) 나노카본 필러 분산액에 (c)단계의 결과물을 첨가하여 10~30분 동안 초음파 처리함으로써 나노카본 복합재료를 제조한다.
(e) 나노카본 복합재료에 대해 상온에서 20~30시간 동안 진공 건조를 실시한다.
이렇게 제조된 결과물을 금형 등에 붓고 210℃에서 1시간 동안 경화시킨 다음 230℃에서 3시간 동안 후경화를 수행하는 후공정을 실시할 수 있다.
여기에서, 상기 나노카본 필러는 나노카본 복합재료 총 100중량% 중에서 8~15중량%을 차지하도록 배합할 수 있다.
또한, 상기 파이렌 공중합체 합성단계(S100), CNT/GMP 표면 개질단계(S200), 나노카본 필러 제조단계(S300), 나노카본 복합재료 제조단계(S400)의 각 단계를 수행함에 있어 사용되는 유기용매는 원료간 분산성을 높이기 위해 사용되는 것으로서, 클로로포름, 아세톤, 톨루엔, 메틸피롤리돈(NMP), 이소프로필알콜(IPA), 테트라하이드로퓨란(THF), 디메틸포름아마이드(DMF) 중에서 적어도 하나가 이상이 선택 사용될 수 있다.
상기 코팅단계(S500)는 상술한 나노카본 복합재료 제조단계(S400)를 통해 제조된 나노카본 복합재료를 지지체 상에 코팅하여 필름 형태의 면상발열체를 형성하는 단계이다.
상기 지지체는 폴리이미드(PI) 또는 테프론을 사용할 수 있다.
상기 전극 형성단계(S600)는 필름 형태의 면상발열체 양단에 전압을 걸어주기 위한 전극을 형성하는 단계이다.
상기 전극은 (+) 전극과 (-) 전극으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 전극은 은(Ag) 나노와이어나 은(Ag) 페이스트, ITO(산화인듐주석), ZnO(산화아연), SnO2(산화주석)과 같은 산화물 전극, 탄소나노튜브, 그래핀과 같은 비산화물 전극 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으며, 특별히 이에 한정되지 않고 도전성을 갖는 기타 다양한 전극재료가 적용될 수 있다 할 것이다.
상기 지지체 제거단계(S700)는 기재로 사용된 지지체를 제거하여 필름 형태의 면상발열체와 분리하는 단계이다.
즉, 이와 같은 상술한 공정을 통해 유연 면상 발열체를 제조할 수 있으며, 특히 배터리용 히터로 적합한 기능성을 발휘하는 유연 면상 발열체를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 유연 면상 발열체를 제조하기 위한 보다 구체적인 실시예들을 기재하여 설명하기로 한다.
[실시예 1]
파이렌 공중합체의 합성
파이렌 공중합체의 합성을 위한 하기 블록공중합체는 리빙라디칼 중합법중 하나인 RAFT 중합법을 이용하여 제조할 수 있다.
(1) 15000g/mol의 분자량을 가지는 폴리메틸메타아크릴레이트와 폴리다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트 블록공중합체(PMMA-b-PDMAEMA)의 합성
500mL 플라스크에 CTA(4g, 0.01097mol), AINB(0.27g, 0.00165mol)을 넣은 후 표면의 수분 및 이물질을 제거하기 위해 30분간 진공 하에 교반시킨 후 109.7mL의 톨루엔을 넣고 300rpm으로 상온에서 교반하여 완전히 녹인다. 그 후 아르곤(Ar) 가스를 흘려주면서 다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트(DMAEMA)(60.35g, 0.38mol)을 넣는다. 10분간 교반한 뒤 준비된 80℃ 오일 베스에 넣고 14시간 동안 반응을 진행한다. 그 다음으로 메틸메타아크릴레이트(MMA)(164.74g, 1.6455mol)를 아르곤(Ar) 가스를 흘려주면서 넣은 후 72시간 동안 반응을 추가로 진행한다. 반응이 끝나고 나면 아이스 베스에 넣어 반응을 정지시킨 후 반응물을 테트로하이드로퓨란(THF)에 묽힌 후 n-헥산(n-hexane)에 한 방울씩 침전시켜 하얀색 침전물을 얻는다. 반응에 참여하지 않은 모노머 및 불순물을 제거하기 위하여 하얀색 침전물을 다시 테트로하이드로퓨란(THF)에 묽혀 n-헥산에 침전시키고 이 과정을 3번 반복한다. 그 후 얻은 하얀색의 침전물을 상온에서 2일 동안 진공 건조를 실시한다.
(2) 25000g/mol의 분자량을 가지는폴리메틸메타아크릴레이트와 폴리다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트 블록공중합체(PMMA-b-PDMAEMA)의 합성
상기 (1)공정과 같은 과정을 거치며, 모노머인 DMAEMA의 양을 (99.03g, 0.63mol), 메틸메타아크릴레이트(MMA)의 양을 (274.32g, 2.74mol) 만큼 넣는다.
(3) 35000g/mol의 분자량을 가지는 폴리메틸메타아크릴레이트와 폴리다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트 블록공중합체(PMMA-b-PDMAEMA)의 합성
상기 (1)공정과 같은 과정을 거치며, 모노머인 다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트(DMAEMA)의 양을 (135.19g, 0.86mol), 메틸메타아크릴레이트(MMA)의 양을 (383.46g, 3.83mol) 만큼 넣는다.
(4) 파이렌 기능기가 도입된 폴리메틸메타아크릴레이트와 폴리다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트(PMMA-b-PDMAEMA) 블록공중합체의 합성
100mL의 플라스크에 PMMA-b-PDMAEMA(0.5g) 블록공중합체를 넣고 디메틸포름아마이드(DMF)를 9.6mL 넣어 30분간 완전히 녹을 때까지 교반한다. 1-(bromomethyl)pyrene(0.16g, 0.056mM)를 넣고 상온에서 24시간 동안 반응을 진행한다. 디메틸포름아마이드(DMF) 용매를 제거한 후 30mL 테트로하이드로퓨란(THF)로 결과물을 녹인 후 200mL의 핵산에 넣어 침전물을 얻는다. 결과물은 상온에서 진공 건조를 2일 동안 진행한다.
즉, 파이렌 공중합체는 상술한 공정을 통해 도 1에서 보여주는 화학 구조식을 갖는 형태로 합성하여 제조할 수 있으며, 10,000~40,000g/mol의 분자량을 갖는 파이렌 공중합체를 합성해낼 수 있다.
[실시예 2]
탄소나노튜브(CNT) 및 그래핀 나노플레이트렛(GNP) 표면 개질
(1) 파이렌 공중합체가 코팅된 탄소나노튜브(CNT) 제조
100 mL의 바이알에 10mg의 탄소나노튜브(CNT)를 90mL의 클로로포름(chloroform)에 넣고 10분간 초음파 처리한다. 10mg의 파이렌 공중합체를 10mL의 클로로포름에 녹이고, 초음파 처리한 탄소나노튜브(CNT) 분산액과 섞은 후 초음파 처리를 30분간 진행한다. 이후 24시간 동안 300rpm으로 교반을 진행한다. 교반 진행 후 0.2 마이크로미터의 테프론 필터를 통해 반응하지 않은 블록공중합체를 제거하고 이 과정을 3번 진행하여 파이렌 기능기를 가지는 블록공중합체가 코팅된 표면개질된 탄소나노튜브(CNT)를 얻는다.
(2) 파이렌 공중합체가 코팅된 그래핀 나노플레이트렛(GNP) 제조
(1)과 동일한 공정으로 얻을 수 있으며, 이때 탄소나노튜브(CNT) 대신 그래핀 나노플레이트렛(GNP)으로 대체한다.
[실시예 3]
나노카본 필러 제조
탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)을 중량비(80:20, 60:40, 40:60, 20:80)에 따라 유기용매인 클로로포름에 넣고 30분간 초음파 처리한 후 24시간 동안 300rpm으로 교반한다. 마이크로미터의 테프론 필터를 통해 여과하여 혼성 나노가본 필러를 얻는다. 이렇게 얻어진 나노카본 필러는 상온에서 3일 동안 진공 건조를 진행한다.
[실시예 4]
나노카본 복합재료 제조
CNT/GNP 혼성 나노카본 필러를 0.05mg/ml의 비율로 클로로포름에 넣고, 아이스 베스에서 50분 동안 초음파 처리한다. 먼저 촉매인 Zn acetate dihydrate(0.0787g)을 경화제인 fatty acid(6.1424g)에 첨가해 150℃에서 6시간 동안 가열하여 촉매를 녹인다. 경화제 및 DGEBA 에폭시를 클로로포름에 용해한 후 초음파 처리한 나노카본 필러 분산액에 첨가 후 10분 동안 추가로 초음파 처리한다.
이때, 경화제와 DGEBA 에폭시는 1:1의 당량비로 첨가하였으며, 분산 공정이 끝난 혼합물 페이스트는 경화 전에 진공 오븐에서 24시간 동안 상온 용매 건조과정을 거친 후 얻어진 결과물을 210℃에서 1시간 동안 경화시킨 다음 230℃에서 3시간 동안 후경화를 실시하였다.
[실시예 5] 면상발열체의 특성 평가
실시예 4에서 만든 페이스트를 폴리이미드(PI) 필름에 붓고, 바코팅을 하여 면상발열체를 만든다. 이렇게 만든 면상발열체를 오븐을 이용하여 210℃에서 1시간 경화시킨 후 230℃에서 3시간동안 후경화를 실시한다. 이렇게 만들어진 면상발열체를 도 2에서 보여주는 바와 같이 가로 2.5cm, 세로 2.5cm, 두께 0.2mm(PI 필름 두께 제외)로 제단한다. 상기에서 제작된 면상발열체의 양단에 실버페이스트로 전극을 형성하고, 전압을 인가하여 열화상카메라를 이용해 발열 특성을 평가하였다.
이때, 전압 인가는 DC전원공급장치(DC power supply, KEITHLEY 2260B-30-72 720W)를 사용하였고, 열화상카메라는 FLIR-T62101를 사용하였다.
하기 표 1은 실시예 3에 따른 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)의 배합비를 80:20으로 하여 실시예 4에 따른 나노카본 복합재료를 제조하고, 이를 사용하여 면상발열체를 제조한 후, 전압 인가에 따른 30초와 60초 후의 표면 발열 온도를 나타낸 데이터를 표로 정리한 것이다.
또한, 도 6은 4V의 전압 인가에 따른 시간-발열온도를 나타낸 그래프이고, 도 7은 5V의 전압 인가에 따른 시간-발열온도를 나타낸 그래프이며, 도 8은 6V의 전압 인가에 따른 시간-발열온도를 나타낸 그래프이다.
하기 표 1과 도 6 내지 도 8에 기재된 F-CNT/F-GNP는 CNT와 GNP 모두에 파이렌 공중합체로 표면 개질한 나노카본 필러를 사용함을 의미하고, F-CNT/P-GNP는 CNT만 파이렌 공중합체로 표면 개질한 나노카본 필러를 사용함을 의미한다.
그리고, P-CNT/P-GNP는 본 발명에 따른 비교군으로서, CNT와 GNP 모두에 파이렌 공중합체를 활용한 표면 개질을 수행하지 않은 나노카본 필러를 사용함을 의미한다.
이는 이하에서의 설명에서도 모두 동일하게 적용된다.
| 특성 | 나노카본 필러 | 인가 전압(V) | |||||
| 4V | 5V | 6V | |||||
| 30초 | 60초 | 30초 | 60초 | 30초 | 60초 | ||
| 표면온도 (℃) |
P-CNT/P-GNP 80:20 | 68 | 88 | 113 | 147 | 161 | 180 |
| F-CNT/P-GNP 80:20 | 118 | 137 | 178 | 206 | 210 | 245 | |
| F-CNT/F-GNP 80:20 | 128 | 144 | 195 | 218 | 222 | 258 | |
표 1과 도 6 내지 도 8에서는 인가되는 전압이 높아질수록 표면 발열온도가 증가함을 보여주고 있는데, F-CNT/F-GNP의 조건에서 6V 전압 인가시 60초 후에 258℃까지 발열이 나타남을 확인하였고, F-CNT/P-GNP의 조건에서도 6V 전압 인가시 60초 후에 245℃까지 발열이 나타남을 확인하였으며, 이에 반하여 비교군에서는 전체적으로 발열이 떨어진 상태임을 나타내고 있다.
또한, F-CNT/F-GNP와 F-CNT/P-GNP의 조건에서는 비교군에 비해 발열되는 승온속도가 30초 안에 고온으로 급속 발열됨을 나타내고 있으며, 특히 6V의 전압 인가시 30초 정도만에 200℃ 이상의 고온으로 급속발열이 이루어짐을 나타내고 있다.
즉, 본 발명에서는 파이렌 공중합체의 활용을 통한 CNT와 GNP 측 표면 개질을 통해 CNT 및 GNP의 분산성을 향상시킴과 더불어 나노카본 필러의 삼차원 구조에 의해 에폭시 수지와 나노카본 필러 간의 계면간 접촉이 증가시킬 수 있음을 의미하고, 이는 전력을 효과적으로 열로 변환시킬 수 있음을 보여주고 있다.
도 4는 본 발명에 있어 CNT와 GNP의 함량에 따른 인장강도(tensile strength)를 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명에 있어 CNT와 GNP의 함량에 따른 응력 변형율(stress-strain)을 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5를 통해서는 CNT의 함량이 증가할수록 인장강도는 증가하고 연신율은 감소함을 확인할 수 있는데, 이러한 인장 특성 또한 파이렌 공중합체를 통한 표면개질을 통해 나노카본 복합재료 내 나노카본 필러의 분산성이 향상되었음을 나타낸다 할 수 있다.
F-CNT/P-GNP와 F-CNT/F-GNP에서는 나노카본 복합재료에 있어 나노카본 필러 측 80:20의 비율에서 다른 비율에 비해 가장 높은 값인 5.65Mpa와 5.91 Mpa의 인장 강도를 나타내고 있고, 가장 낮은 연신율 값인 20.7과 20.1을 나타내고 있다.
이는 파이렌 공중합체를 활용함과 더불어 나노카본 필러가 갖는 삼차원 구조에 의해 나노카본 복합재료의 하중 전달 능력이 크게 향상되는 것에 기인한다 할 수 있다.
도 9는 본 발명에 있어 CNT와 GNP의 함량에 따른 전기전도도를 측정한 값을 나타낸 데이터이다.
이와 같은 전기전도도는 유전체 분석기(Dielectric analyzer, GmbHCONTECT40)를 통해 측정하였고, 지름 40mm, 두께 0.5mm의 원형 샘플을 만든 후 양면에 전극을 형성하기 위해 실버 페이스트를 바른 후 측정하였다.
여기에서도, 파이렌 공중합체를 활용한 조건에서 비활용 조건에 비해 전기전도도가 향상됨을 나타내고 있다.
F-CNT/P-GNP 조건과 F-CNT/F-GNP 조건의 나노카본 복합재료에 있어, 특히 CNT와 GNP를 80:20으로 배합한 비율에서 각각 3.69×101(S/cm)와 4.84×101(S/cm)의 가장 높은 전기전도도를 나타내고 있으며, 우수한 전기전도도를 가짐을 확인할 수 있다.
하기 표 2는 실시예 1에 따른 공중합체의 분자량과 CNT 함량에 따른 면저항 및 인장 특성을 나타낸 것이다.
15000, 25000, 35000g/mol의 공중합체를 통해 표면 개질을 실시한 CNT에 대해 각각 15k-F-CNT, 25k-F-CNT, 35k-F-CNT로 나타낸다.
| 특성 | CNT 함량(wt%) | CNT | 15k-F-CNT | 25k-F-CNT | 35k-F-CNT |
| 면저항 (Ohm/sq.) |
0.5 | 383 | 289 | 315 | 348 |
| 1 | 217 | 98.9 | 118 | 132 | |
| 3 | 108 | 52.8 | 64.2 | 76.2 | |
| 5 | 13.2 | 5.9 | 6.8 | 7.6 | |
| 10 | 7.8 | 1.89 | 3.1 | 4.9 | |
| 인장강도 (Mpa) |
0.5 | 1.67 | 1.76 | 1.77 | 1.82 |
| 1 | 1.95 | 2.08 | 2.13 | 2.32 | |
| 3 | 2.26 | 2.52 | 2.65 | 2.78 | |
| 5 | 2.94 | 3.42 | 3.51 | 3.67 | |
| 10 | 3.52 | 3.89 | 4.07 | 4.25 | |
| 연신율 | 0.5 | 64.8 | 60.5 | 59 | 60.3 |
| 1 | 52 | 49.4 | 50.1 | 49.6 | |
| 3 | 45.9 | 42.5 | 43.1 | 42.8 | |
| 5 | 40 | 36.2 | 35.3 | 35.7 | |
| 10 | 29.7 | 26 | 25.8 | 26.4 |
(1) 면 저항 특성 : 나노카본 복합재료는 CNT의 함량이 증가할수록 낮은 면저항을 나타내는데, 공중합체의 적용시 나노카본 복합재료 내의 CNT의 분산성을 향상시키기 때문에 더 낮은 면저항을 가짐을 나타내고 있다.
10wt%의 나노카본 복합재료에 있어서는 CNT 적용시 7.8 Ohm/sq., 15k-F-CNT 적용시 1.89 Ohm/sq., 25k-F-CNT 적용시 3.1 Ohm/sq., 35k-F-CNT 적용시 4.9 Ohm/sq.의 면저항을 나타내고 있다.
15,000g/mol의 공중합체를 통해 CNT의 표면 개질을 진행했을 때 가장 낮은 면저항 값을 나타내고 있는데, 이러한 공중합체는 고분자 즉, 절연체이기 때문에 분자량이 커질수록 CNT 표면에 코팅되는 두께가 두꺼워지게 되고 그에 따라 에폭시 내에 나노카본 필러간의 거리가 멀어져 전자의 이동에 방해가 되므로 낮은 분자량을 가진 15,000g/mol의 공중합체를 적용시 가장 낮은 면저항 값을 나타내고 있다.
(2) 인장 특성 : CNT의 함량이 증가할수록 인장 강도는 증가하는 반면 연신율은 감소함을 나타내고 있다.
인장 특성 또한 공중합체를 통한 CNT의 표면 개질을 통해 나노카본 복합재료 내 CNT의 분산성 향상을 기대할 수 있고, 표 2의 결과로 확인할 수 있다.
나노카본 복합재료에 있어 10wt% 함량의 CNT 적용시 인장강도 3.52Mpa 및 연신율 29.7를 나타내고, 15k-F-CNT 적용시 인장강도 3.89Mpa 및 26를 나타내고, 25k-F-CNT 적용시 인장강도 4.07Mpa 및 연신율 25.8을 나타내며, 35k-F-CNT 적용시 인장강도 4.25Mpa 및 연신율 26.4)를 나타내고 있는 것으로서, 35,000g/mol의 공중합체 적용시 가장 높은 인장강도와 낮은 연신율을 나타내고 있다.
이에, 파이렌 공중합체의 분자량 조절에 따라서도 면상발열체 측 특성에 영향을 줄 수 있고 특성을 제어할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 극히 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형 또는 단계의 치환 등이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 권리범위 내에 속한다 할 것이다.
Claims (33)
- 고분자, 나노카본 필러, 경화제, 촉매를 포함하는 나노카본 복합재료로 이루어지며;
상기 고분자는 열경화성 수지인 에폭시이고,
상기 나노카본 필러는 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)를 포함하며,
상기 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)는 적어도 어느 하나 또는 둘 다에 파이렌 공중합체로 이루어진 표면개질제로 표면 개질 처리하되,
상기 파이렌 공중합체로 이루어진 표면개질제는 아래 화학식 1의 구조로 이루어지고,
상기 파이렌 공중합체는 (x+y) : z = 7~9 : 1~3의 비율로 합성되며, x는 y보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체.
(화학식 1)
- 제 1항에 있어서,
상기 유연 면상 발열체는 필름 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체. - 제 1항에 있어서,
상기 유연 면상 발열체는 배터리용 히터로 사용되는 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체. - 제 1항에 있어서,
상기 에폭시는 bisphenol type epoxy이고,
상기 경화제는 fatty acid, succinic anhydride, glutaric anhydride, 카르복실산계 경화물 중에서 선택된 1종이며,
상기 촉매는 zinc acetate dihydrate 또는 이미다졸계 아민인 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체. - 제 4항에 있어서,
상기 에폭시는 diglycidylether of bisphenol A(DGEBA) epoxy인 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체. - 제 1항에 있어서,
상기 나노카본 필러는,
길이가 100 내지 200㎛이고 직경이 6 내지 15㎚인 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와, 직경이 20 내지 30㎛이고 표면적이 30 내지 60m2/g인 그래핀 나노플레이트렛(GNP)이 배합된 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체. - 제 1항에 있어서,
상기 에폭시와 경화제는 1 : 0.5~1.5의 당량비로 배합되는 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체. - 제 1항에 있어서,
상기 나노카본 필러는,
나노카본 복합재료 총 100중량% 중에서 8~15중량%을 차지하는 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체. - 제 1항에 있어서,
상기 촉매는 에폭시 100중량부에 대하여 1 내지 3중량부가 배합되는 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체. - 제 1항에 있어서,
상기 나노카본 필러는,
다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)에 대해 7~9 : 1~3의 중량비로 배합된 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체. - 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 파이렌 공중합체와 다중벽 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀 나노플레이트렛(GNP)는 1~3 : 1의 중량비로 표면 개질 처리된 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체. - 제 1항에 있어서,
상기 파이렌 공중합체는 분자량이 10,000~40,000g/mol인 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체. - 삭제
- (A) 파이렌 작용기를 갖는 파이렌 공중합체를 합성하는 단계;
(B) 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)을 구비하되, 이들 중 적어도 어느 하나 또는 둘 다에 상기 파이렌 공중합체를 혼합하여 표면 개질 처리하는 단계;
(C) 적어도 어느 하나 또는 둘 다에 표면 개질 처리된 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)에 유기용매를 혼합하여 나노카본 필러를 제조하는 단계;
(D) 나노카본 필러에 열경화성 수지와 경화제 및 촉매를 혼합하여 나노카본 복합재료를 제조하는 단계;
(E) 나노카본 복합재료를 지지체 상에 코팅하여 필름 형태의 면상발열체를 형성하는 단계; 를 포함하며,
상기 파이렌 공중합체는 아래 화학식 1의 구조로 이루어지고,
상기 파이렌 공중합체는 (x+y) : z = 7~9 : 1~3의 비율로 합성되며, x는 y보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체 제조방법.
(화학식 1)
- 제 16항에 있어서,
(F) 필름 형태의 면상발열체 양단에 전극을 형성하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체 제조방법. - 삭제
- 제 16항에 있어서,
상기 파이렌 공중합체는 분자량이 10,000~40,000g/mol인 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체 제조방법. - 삭제
- 제 16항에 있어서,
상기 다중벽 탄소나노튜브(CNT)는 길이가 100 내지 200㎛이고 직경이 6 내지 15㎚이며,
상기 그래핀 나노플레이트렛(GNP)은 직경이 20 내지 30㎛이고 표면적이 30 내지 60m2/g인 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체 제조방법. - 제 16항에 있어서,
상기 지지체는,
폴리이미드(PI) 또는 테프론 소재인 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체 제조방법. - 제 16항에 있어서,
상기 (A)단계는,
(a) 폴리메틸메타아크릴레이트와 폴리다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트 블록공중합체(PMMA-b-PDMAEMA)를 합성하는 단계;
(b) 파이렌 기능기가 도입된 폴리메틸메타아크릴레이트와 폴리다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트 블록공중합체(PMMA-b-PDMAEMA)로 합성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체 제조방법. - 제 23항에 있어서,
상기 (a)단계는,
(1) 플라스크에 Chain transfer agent(CTA)와 2,2’-azobis(2-methyl-propionitrile(AINB)을 넣은 후 표면의 수분 및 이물질을 제거하기 위해 진공 하에 교반시킨 후, 유기용매를 첨가하고 250 내지 350rpm으로 다시 교반하여 완전히 녹이는 단계;
(2) 아르곤(Ar) 가스를 흘려주면서 다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트(DMAEMA)를 첨가하여 교반한 후, 70 내지 90℃의 오일 베스에 넣고 12 내지 15시간 동안 반응을 진행하는 단계;
(3) 아르곤(Ar) 가스를 흘려주면서 메틸메타아크릴레이트(MMA)를 추가한 후 2 내지 3일 동안 반응을 추가로 진행하는 단계;
(4) 반응이 끝나면 아이스 베스에 넣어 반응을 정지시키고, 반응물을 유기용매에 묽힌 후 n-헥산(n-hexane)에 침전시켜 침전물을 얻는 단계;
(5) 침전물을 상온에서 1~3일 동안 진공 건조를 실시하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체 제조방법. - 제 24항에 있어서,
상기 (4)단계에서는,
침전물을 얻은 후, 침전물 내에서 반응에 참여하지 않은 모노머 및 불순물을 제거하기 위하여 침전물을 다시 유기용매에 묽힌 후 n-헥산(n-hexane)에 침전시켜 다시 침전물을 얻는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체 제조방법. - 제 24항에 있어서,
상기 (a)단계는,
다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트(DMAEMA)와 메틸메타아크릴레이트(MMA)의 첨가량을 조절함으로써 합성되는 폴리메틸메타아크릴레이트와 폴리다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트 블록공중합체(PMMA-b-PDMAEMA)의 분자량을 조절하는 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체 제조방법. - 제 23항에 있어서,
상기 (b)단계는,
(1) 플라스크에 폴리메틸메타아크릴레이트와 폴리다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트 블록공중합체(PMMA-b-PDMAEMA)를 넣고 디메틸포름아마이드(DMF) 용매를 첨가한 후 교반하여 완전히 녹이는 단계;
(2) 1-(bromomethyl)pyrene을 추가한 후, 상온에서 20~30시간 동안 반응을 진행하여 반응물을 얻는 단계;
(3) 반응물로부터 디메틸포름아마이드(DMF) 용매를 제거하고, 유기용매를 첨가하여 녹인 후 헥산에 넣어 침전물을 얻는 단계;
(4) 침전물을 상온에서 1~3일 동안 진공 건조를 실시하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체 제조방법. - 제 16항에 있어서,
상기 (B)단계는,
(a) 바이알에 다중벽 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀 나노플레이트렛(GNP)과 유기용매를 넣고 혼합하여 분산액을 만든 후, 10~30분 동안 1차 초음파 처리하는 단계;
(b) 파이렌 공중합체를 클로로포름에 녹인 후, 1차 초음파 처리된 다중벽 탄소나노튜브(CNT) 분산액 또는 그래핀 나노플레이트렛(GNP) 분산액과 혼합하고 10~30분 동안 2차 초음파 처리하는 단계;
(c) 파이렌 공중합체가 혼합된 다중벽 탄소나노튜브(CNT) 혼합물 또는 그래핀 나노플레이트렛(GNP) 혼합물에 대해 20~30시간 동안 250 내지 350rpm으로 교반하는 단계;
(d) 필터를 통해 반응하지 않은 파이렌 공중합체를 제거함으로써 파이렌 공중합체가 코팅되어 표면 개질된 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)을 얻는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체 제조방법. - 제 16항에 있어서,
상기 (C)단계는,
(a) 적어도 어느 하나 또는 둘 다에 표면 개질 처리된 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)을 계량하여 구비하는 단계;
(b) 계량된 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)을 유기용매와 혼합한 후, 10~30분 동안 초음파 처리하여 분산액을 만드는 단계;
(c) 분산액을 20~30시간 동안 250 내지 350rpm으로 교반하는 단계;
(d) 필터를 통해 여과하여 나노카본 필러를 얻는 단계;
(e) 나노카본 필러를 상온에서 1~3일 동안 진공 건조를 실시하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체 제조방법. - 제 29항에 있어서,
상기 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노플레이트렛(GNP)는 7~9 : 1~3의 중량비로 계량하는 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체 제조방법. - 제 16항에 있어서,
상기 (D)단계는,
(a) 나노카본 필러를 유기용매와 혼합하되, 아이스 베스에서 30~60분 동안 초음파 처리하여 나노카본 필러 분산액을 만드는 단계;
(b) 촉매를 경화제에 첨가한 후, 120~180℃의 온도에서 4~8시간 동안 가열하여 촉매를 녹이는 단계;
(c) 촉매를 갖는 경화제와 열경화성 수지인 에폭시를 유기용매에 용해하는 단계;
(d) 나노카본 필러 분산액에 (c)단계의 결과물을 첨가하여 10~30분 동안 초음파 처리함으로써 나노카본 복합재료를 제조하는 단계;
(e) 나노카본 복합재료에 대해 상온에서 20~30시간 동안 진공 건조를 실시하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체 제조방법. - 제 31항에 있어서,
상기 에폭시는 bisphenol type epoxy이고,
상기 경화제는 fatty acid, succinic anhydride, glutaric anhydride, 카르복실산계 경화물 중에서 선택된 1종이며,
상기 촉매는 zinc acetate dihydrate 또는 이미다졸계 아민인 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체 제조방법. - 제 31항에 있어서,
상기 에폭시와 경화제는 1 : 0.5~1.5의 당량비로 배합되고,
상기 촉매는 에폭시 100중량부에 대하여 1 내지 3중량부가 배합되며,
상기 나노카본 복합재료 총 100중량% 중에서 나노카본 필러는 8~15중량%을 차지하는 것을 특징으로 하는 유연 면상 발열체 제조방법.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210079708 | 2021-06-21 | ||
| KR20210079708 | 2021-06-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220169865A KR20220169865A (ko) | 2022-12-28 |
| KR102596122B1 true KR102596122B1 (ko) | 2023-10-31 |
Family
ID=84538463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210104359A KR102596122B1 (ko) | 2021-06-21 | 2021-08-09 | 유연 면상 발열체 및 그 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102596122B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101476717B1 (ko) * | 2013-08-01 | 2014-12-29 | 한국화학연구원 | 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머, 이를 이용하여 표면 개질화된 탄소나노튜브 및 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재 |
| WO2019054391A1 (ja) * | 2017-09-15 | 2019-03-21 | 住友精化株式会社 | エポキシ樹脂組成物 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101436016B1 (ko) * | 2012-12-21 | 2014-09-01 | 한국화학연구원 | 개질화된 탄소나노튜브를 포함하는 기계적 물성과 전기 전도성이 우수한 고분자 나노복합재 및 이의 제조방법 |
| KR101777691B1 (ko) * | 2016-02-19 | 2017-09-13 | 전자부품연구원 | 그래핀 산화물을 포함하는 발열 조성물 및 그를 이용한 발열체 |
| WO2018125978A1 (en) * | 2016-12-29 | 2018-07-05 | Cytec Industries, Inc. | Aqueous primer composition for adhesive bonding and bonding method using the same |
| KR102205081B1 (ko) | 2018-11-15 | 2021-01-20 | 고려대학교 산학협력단 | 비트리머를 이용한 면상 발열체 및 그 제조방법 |
| KR102073670B1 (ko) | 2019-02-11 | 2020-02-05 | (주)씨엔티솔루션 | 탄소나노튜브가 포함된 복합소재 발열체 |
-
2021
- 2021-08-09 KR KR1020210104359A patent/KR102596122B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101476717B1 (ko) * | 2013-08-01 | 2014-12-29 | 한국화학연구원 | 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머, 이를 이용하여 표면 개질화된 탄소나노튜브 및 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재 |
| WO2019054391A1 (ja) * | 2017-09-15 | 2019-03-21 | 住友精化株式会社 | エポキシ樹脂組成物 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220169865A (ko) | 2022-12-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107602987B (zh) | 一种含石墨烯和碳纳米管的高分子ptc复合材料及制备方法 | |
| KR101043273B1 (ko) | 열가소성 수지층으로 둘러싸인 탄소나노튜브 마이크로캡슐을 포함하는 전도성 고분자 충전제 및 그 제조방법 | |
| CN108513570A (zh) | 高度传导且取向的石墨烯膜及生产方法 | |
| CN107141726A (zh) | 石墨烯导电高分子复合材料、其制备方法及由其得到的电热膜 | |
| KR101321099B1 (ko) | 탄소나노입자가 도입된 에폭시수지기반 전기 발열 복합필름 및 그 제조방법 | |
| Luan et al. | Synthesis techniques, properties and applications of polymer nanocomposites | |
| KR100895696B1 (ko) | 전기 절연성을 가지는 실리콘고무/카본나노튜브 복합체의제조 방법 | |
| JPWO2004058899A1 (ja) | 混合液、構造体、および構造体の形成方法 | |
| JP6328609B2 (ja) | 水にナノフィラーを分散させるブロックコポリマー | |
| KR20110040090A (ko) | 그라비아 직접 인쇄방식에 적용 가능한 저온 소성용 도전성 페이스트 | |
| KR102192097B1 (ko) | 자가 치유 복합체 및 이를 포함하는 구조 결함 모니터링/자가치유 시스템 | |
| KR101436016B1 (ko) | 개질화된 탄소나노튜브를 포함하는 기계적 물성과 전기 전도성이 우수한 고분자 나노복합재 및 이의 제조방법 | |
| Kumar et al. | Study on epoxy resin based thermal adhesive composite incorporated with expanded graphite/silver flake hybrids | |
| Shao et al. | Highly stretchable conductive MWCNT–PDMS composite with self-enhanced conductivity | |
| KR101639600B1 (ko) | 고온 열처리를 통한 고전도성 페이스트 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 고전도성 페이스트 조성물 | |
| KR102596122B1 (ko) | 유연 면상 발열체 및 그 제조방법 | |
| TWI384026B (zh) | 染料敏化太陽能電池對電極複合材料基材 | |
| KR101454454B1 (ko) | 다중수소결합에 의해 고차구조를 지니는 탄소나노소재를 이용한 인쇄용 전도성 페이스트 조성물 및 그 제조방법 | |
| JP2003231098A (ja) | 炭素からなる骨格を持つ薄膜状粒子を含む複合体およびその作製方法 | |
| CN108976914B (zh) | 一种高分散的铜纳米线导电墨水、导电薄膜及其制备方法 | |
| KR101476717B1 (ko) | 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머, 이를 이용하여 표면 개질화된 탄소나노튜브 및 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재 | |
| KR101681186B1 (ko) | 외부자극에 의하여 자가도핑이 가능한 cnt-고분자 복합체 및 이의 제조방법 | |
| JP4953224B2 (ja) | 複合体粒子含有スラリー及び複合体粒子の製造方法 | |
| CN114456526A (zh) | 一种聚合物复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN113845863A (zh) | 一种导电胶及其制备方法和导电膜 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |